DE2026424B2

DE2026424B2 - Hydraulischer drehmomentfolgeverstaerker

Info

Publication number: DE2026424B2
Application number: DE19702026424
Authority: DE
Inventors: Jerry Dale Loveland Ohio Wisbey (V.StA.)
Original assignee: Cincinnati Milacron Inc., Cincinnati, Ohio (V.StA.)
Priority date: 1969-06-03
Filing date: 1970-05-29
Publication date: 1973-04-05
Also published as: SE361918B; JPS4936885B1; NL7007795A; DE2026424C3; US3596569A; DE2026424A1; GB1303188A; FR2048993A5

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf einen hydraulischen Drehmomentfolgeverstärker, bestehend Bus einem Eingangsmotor und einem Ausgangsstellmotor. einem über eine Schrauben-MutUrverbindung durch Eingangsmotor und Ausgangsstellmotor axial verschiebbaren Steuerschieber sowie Druckrnittelzu-Und -abfuhr und Druckmittelverbindung zwischen Steuerschieber und Ausgangsstellmotor.

Es sind verschiedene Arten von hydraulischen Drehmomentfolgeverstärkern bekanntgeworden. Jeder hydraulische Drehmomentfolgeverstärker hat zwei Ventilfunktionen auszuführen. Zuerst muß eine bestimmte Flüssigkeitsmenge in das Ventil eingelassen werden, die einer Anzahl von Eingangsimpulsen eines Schrittmotors proportional ist. Zum zweiten muß diese Flüssigkeitsmenge gegebenenfalls auf einzelne Zylinder eines hydraulischen Motors verteilt werden. Dies erfordert zwei getrennte und unabhängige Ventilanordnungen. In einem typischen Fall besteht die erste Ventilanordnung aus einem Ventilkörper und einer Muffe. Es sind Eingabemittel vorgesehen, die eine axiale Verschiebung des Ventilkörpers in bezug auf die Muffe erzeugen, wodurch ein definiertes Flüssigkeitsvolumen von einer Quelle in das Ventil gelangt. Als zweite« muß dieses Flüssigkeitsvolumen nacheinander auf die Zylinder des hydraulischen Motors verteilt werden. Die Verteilung muß sich mit der Drehung de: Motors in Übereinstimmung befinden, um eine maximale Leistungsübertragung von den Kolben des Motors zu einer Ausgangswelle zu erzielen. Der für das Ventil erforderliche Antrieb wird normalerweise durch die Drehung des Motors bewirkt. Die Betätigung des Ventils wird sehr oft durch Öffnungen verschließende oder öffnende Schieber oder Kolben erreicht.

So ist z. B. durch die französische Patentschrift 1 500 076 ein Drehmomentfolgeverstärker der eingangs gekannten Art bekanntgeworden, bei welchem die Drei'bcwegung eines Stellmotors in eine kraftverstärkte Translationsbewegung umgesetzt wird. Durch eine mechanische Rückführung wird der Ventilschieber nach Stillstand des Stellmotors wieder in ueine ursprüngliche Stellung zurückbewegt. Eine ähnliche Einrichtung ist auch in der deutschen Patentschrift 832993 beschrieben. Bei diesen Vorrichtungen hat der Ventilschieber jedoch nur eine Aufgabe zu erfüllen.

Ferner ist durch die Zeitschrift »Der Maschinenbau«. 1964/12, S. 504, 505, Bild 3 und den zugehörigen Text ein hydraulischer Drehmomentfolgeverstärker bekanntgeworden, welcher mit einem Axialkolbenmotor zusammenarbeitet. Die zum Erzeugen des Eingangssignals für diesen Drehmomentfolgeverstärker verwendete Steuerwelle dreht sich in einer ebenfalls drehbar angeordneten Hülse, welche auf die Drehung des Hydraulikmotors am Ausgang des Drehmomentfolgeverstärkers anspricht. Daher vird während der Drehung der Steuerwelle Hydraulikflüssigkeil durch den Drehmomentfolgeverstärker zum Hydraulikmotor übertragen. Wenn sich der Hydraulikmotor dreht, dreht sich die Hülse in derselben Richtung. Wenn die Drehung der Steuerwelle aufhört.

drehen sich Hydraulikmotor und Hülse weiter, bis die Hülse den Durchfluß der Hydraulikflüssigkeit durch den Drehmomentfolgeverstärker unterbricht. Diese Vorrichtung ist sehr kompliziert u.id aufwendig und weist auf Grund der Mehrzahl der vorhandenen drehbaren Elemente eine gewisse Trägheit auf.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Drchmomentfolgeverstärker der eingangs genannten Art zu schaffen, welcher mehrere Ventilfunk'ionen in sich vereinigt und dadurch kompakt aufgebaut ist und eine hohe Zuverlässigkeit aufweist.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß der Ausgangsstellmotor als an sich bekannter Axialkolbenmotor ausgebildet ist und die Druckmittelverbindung zwischen Steuerschieber und Ausgangsstellmotor über im Steuerschieber vorgesehene Ringnuten, mit diesen in Verbindung stehende, achsparallel im Steuerschieber angeordnete Bohrungen und mit den letzteren über Kanäle in Verbindung stehende bogenförmige Nuten im Steuerschieber sowie in einer den Steuerschieber koaxial umgebenden, stationären Büchse angeordnete Öffnungen herstellbar ist. Damit wird das Volumen der im Drehmomentfolgeverstärker enthaltenen Flüssigkeit auf einem absoluten Minimum gehalten und eine höheie natürliehe Resonanzfrequenz des Motors erreicht. Dies ermöglicht eine höhere Verstärkung des Systems und ein besseres Ansprechen. Zum zweiten werden Kosten gespart, und die Zuverlässigkeit wird erhöht.

Der erfindungsgemäßc Drchmomentfolgeverstärker weist einen Eingangsmotor auf, ein hydraulisches Ventil und eine Ausgangswelle, die alle auf einer gemeinsamen Drehachse angeordnet sind. Der Anker eines elektrischen Schrittmotors verdreht sich präzise

3 4

um einen bestimmten Winkel, wenn er eine bestimmte dernissen gewählt werden. Eine Eingangsweüe 22 am Anzahl von Eingangsimpulsen erhält. Die Welle des Ausgang des Eingangsmotors 20 ist mit einer Mutter Motors ist mit einer Mutter verbunden, die in axialer 26 durch eine Kupplung 24 verbunden. Die Kopp-Richtung festsitzt, sich jedoch um eine Drehachse lung mit der Mutter 26 reflektiert im Gegensatz zur drehen kann, in der Mutter ist eine Schraube vorge- 5 Kopplung mit einem Ventilkörper die kleinstmögliche sehen, die um einen Weg verschoben wird, die der Trägheit zurück zum Eingangsmotor. Die Kupplung Verdrehung der Motorwelle und der Mutter propor- 24 ist flexibel und erlaubt kleine radiale Versetzungen tional ist. Mit der Schraube ist koaxial der Steuer- zwischen den gekuppelten Achsen, sorgt jedoch in schieber verbunden, der in einer stationären Ventil- Drehrichtung für eine starre Verbindung zwischen der muffe sit?... Der Steuerschieber folgt der Vers:hie- io Eingangswelle 22 und der Mutter 26. Die Mutter 26 bung der Schraube und läßt ein definiertes Flüssig- kann sich frei um eine Drehachse, die durch die keitsvolumen von einer Quelle durch einen ersten Drucklager 28 gegeben ist, drehen, wird aber axial Einlaß in eine ringförmige Nut des Steuerschiebers durch eine Druckplatte 30 festgehalten, die an einer ein. Diese Flüssigkeit fließt axial durch den Steuer- feststehende Büchse befestigt ist. Ein gebogener Sicheschieber und wird durch eine zweite Öffnung, die durch 15 rungsring34 dient dazu, jedes Spiefim Lager 28 zu einen Drehschieber freigegeben oder geschlossen absorbieren. Eine Schraube 36 ist koaxial in der wird.^ direkt in die Zylinder des hydraulischen Motors Mutter 26 angeordnet und kann sich frei um eine geleitet. Achse drehen, die der Mutter 26 und der Eingangs-

Zur Erläuterung der Erfindung sei gesagt, daß der welle 22 gemeinsam ist. Die Mutter 26 wirkt zu-Drehschieber durch den im Inneren der Muffe dreh- 20 sammen mit der Schraube 7>f .,Is Bewegungsumformer, baren Steuerschieber gebildet wird. Die Drehung des Eine Drehung der Mutter IC, Hie eine relative VerSteuerschiebers steuert die Flüssigkeit zwischen dem drehung zwischen der Mutter 26 und der Schraube Steuerschieber und der Muffe. Diese- Vorgang im 36 erzeugt, verursacht eine axiale Versetzung der Motor bewirkt eine Drehung der Ausgangswelle, Schraube 36. Eine Drehung der Schraube 36 in umderen eines Ende mit dem Steuerschieber gekoppelt 25 r Lehrter Richtung bewirkt eine Versetzung der ist. Wenn sich die Welle dreht, drehen sich auch der Schraube in entgegengesetzter Richtung.
Steuerschieber und die Schraube, wodurch gleichzeitig Die Mutter 26 ist so ausgeführt, daß sie keinen zwei Vorgänge bewirkt werden. Zum ersten fährt der toten Gang aufweist. Tn F i g. 3 ist die Mutter 26 verals Drehschieber wirkende Steuerschieber fort, Flüssig- größen gezeigt. Sie enthält eine erste Mutter 38, eine keit an die Zylinder de:, Motors zu verteilen. Zum 30 Tragende Fläche 40, ein Gewinde 42 und axial verzweiten dreht sich die Schraube in bezug au^c die laufende Schlitze 44 im Gewinde 42. Die Mutter 38 Mutter und versucht den Steuerschieber in seine befindet sich im Eingriff mit der Schraube 36. Auf ursprüngliche axiale Stellung zurückzuholen. Die die Mutter 38 ist eine Hutmutter 46 aufgeschraubt, Drehung des Motors bewirkt daher eine Einstellung die eine innere tragende Fläche 48 aufweist. Da die der nacheinander erfolgenden Verteilung der Flüssig- 35 Hutmutter 46 festgezogen ist, erlauben die Schlitze 44 keit zu und von den Motorzylindern. Die Flüssigkeit den auf die tragenden Flächen 40 und 48 wirkenden vom Motor fließt durch die Schieberöffnung aus und Kräften, das Ende der Mutter 38 ?uf der Schraube 36 wird durch den Steuerschieber und die Muffe zur zu verbiegen. Daher wird der tote Gang zwischen der Quelle 7-irückgeleitet. Kurz gesagt, durch die Eingangs- Mutter 26 und der Schraube 36 praktisch auf ein impulse >vird die Flüssigkeit gleichzeitig durch eine 40 Minimum reduziert.

einzige hydraulische Ventilanordnung in das Ventil In der Anordnung nach Fig. 1 ist ein Steuer-

und den Motor eingeleitet, wodurch der Motor um schieber 50 mit der Schraube 36 koaxial zu deren

einen Betrag verdreht wird, der der Anzahl der Ein- Drehachse fest verbunden. In Fig. 4 ist ein teilweiser

gangsimpulse proportional ist. Querschnitt durch diesen Steuerschieber 50 gezeigt.

Die Erfindung wird nachstehend an Hand von 45 längs seiner Achse sind zum Druckausgleich kleine

Avsfühiungsbeispielen in Verbindung mit der Zeich- ringförmige Nuten 52 vorgesehen. Diese Nuten 52

nung niiher erläutert. tragen dazu bei, eine gleiche radiale Druckverteilung

F i g. 1 zeigt einen Längsschnitt durch einen Dreh- über die Länge des Steuerschiebers 50 einzustellen"

momentfolgeverstärKer gemäß der vorliegenden Er- Eine größere Ringnut 54 steht über eine erste axiale

findung; ₅₀ Bohrung 56 mit einer ersten Schieberöffnuns in Ver-

Fig. 2 zeigt einen v^.tikalen Schnitt entlang der bindung. In Fig. 5 ist ein Querschnitt dieses BeLinie H-II der Fig. 1; reiches gezeigt. Es ist auch eine axial verlaufende

Fig. 3 zeigt vergrößert die im Drehmomentfolge- Abflußbohrung58 gezeigt, die durch den Yentilkörper

verstärker gemäß der Erfindung verwendete mecha- hindurchgeht. Die Abflußbohrung 58 dient dazu,

irische Summiereinrichtung; . ₅₅ jeden hydraulischen Druckunterschied abzubauen,

Fig. 4 zeigt einen teilweisen Querschnitt durch der zwischen den Endflächen des Steuerschiebers aufeinen Steuerschieber; treten kann In F i g. 4 ist eine ringförmige Abflußnut

Fig. 5 bis 8 zeigen vertikale Schnitte entlang der 60 gezeigt, die im wesentlichen in der Mitte des

Linien V-V, Vi-VI, VII-VII und VIII-VIIl der Steuerschiebers 50 liegt und mit der Abflußbohrung

Fig._4; 60 58 durch einen radialen Kanal 65. verbunden ist. Der

Fig. 9 zeigt eine teilweise Ansicht in Richtung des Zweck der Abflußnut 60 besteht darin, daß sich eine

Pfeiles !) in Fig. 4. radiale Druckdifferenz leichter aufbauen kann. Weiter

Fig. 1 zeigt einen Längsschnitt durch ein bevor- ist eine zweite, größere Ringnut 62 vorgesehen, die

zugtes Ausführungsbeispiel des Drehmomentfolge- mit einer zweiten Schiebelöffnung durch eine zweite

Verstärkers gemäß ,',er Erfindung. Die Eingangsgröße 65 axiale Bohrung 64 in Verbindung steht,

wird durch einen handelsüblichen Eingangsmotor 20 Die Fig. 6 verdeutlicht einen Querschnitt der

gelieferl:. Die Schrittgröße und die Drehmoment-Ge- Venülkonstruktion in diesem Bereich. Die axial ver-

schwincligkeitscharaKteristik kann je nach den Erfor- laufenden Bohrungen 56 und 64 sind mit einer ersten

5 6

und zweiten bogenförmigen Nut 66 und 68 durch draulischen Motoren ist die Einstellung zwischen der

Kanäle 70 und 72 verbunden, wie in Fig. 9 gezeigt. öffnung, die die unter Druck stehende Flüssigkeit

In F i g. 8 ist ein Querschnitt durch den zentralen liefert, und der Stellung des Kolbens im Zylinder

Teil der Schieberöffnung gezeigt. In Fig. 9 ist ein kritisch. Der Druck muß aufgebrach* werden, kurz

erstes und ein zweites Paar von bogenförmigen Aus- 5 nachdem der Kolben seine niedrigste Stellung im

gleichsnuten 74 und 76 zu sehen. Diese sind zum Motorzylirider erreicht hat. Diese Einstellung zwischen

Ausgleich der radialen Kräfte notwendig, die durch dem Kolben und den Ventilen wird bei der Hcrstcl-

die Druckdifferenz über die zwei Schieberöffnungen lung eingestellt und bleibt danach erhalten,

verursacht werden. Wenn z. B. die erste Nut 66 dazu In der Fig. 2 ist ein hydraulischer Axialkolben-

benutzt wird, unter Druck stehende Flüssigkeit zu io motor mit einer geraden Anzahl von Kolben und

liefern und die zweite Nut 68 als Auslaßleitung dient, Zylindern gezeigt. Es ist dem Fachmann bekannt, daß

so erzeugt die Druckdifferenz über den Steuerschieber eine solche Anordnung zwar arbeitet, aber ungünstig

eine wesentliche, in radialer Richtung wirkende Kraft. ist. Dieses Beispiel ist daher nur zur Illustration gc-

Dies kann dazu führen, daß sich der Steuerschieber wählt worden. Die Erfindung kann aber ebenso für

50 in der Büchse 32 aufrichtet oder verbiegt. Zur 15 eine beliebige Anzahl von Kolben und Zylindern

Lösung dieses Problems werden zwei Paare bogen- angewandt werden, wenn dies für einen speziellen

förmiger Ausgleichsnuten 74 und 76 verwendet. hydraulischen Motor erwünscht ist.

In Fig. 7 ist ein Querschnitt durch eine dieser In der Anordnung nach Fig. 1 erhält der als EinNuten in jedem Paar der Ausgleichsnuten 74 und 76 gangsmotor 20 dienende Schrittmotor elektrische Eingezeigt. In dieser Figur ist die Ausgleichsnut 74 mit 20 gangsimpulse von einer äußeren Quelle. Jeder Impuls der Bohrung 56 durch einen ersten Kanal 78 und die repräsentiert eine bestimmte lineare Versetzung eines Nut 76 durch eine Bohrung 64 mit einen zweiten mit dem Ausgang des hydraulischen Motors gekoppel-Kanal 80 verbunden. Gleicherweise ist die andere der ten beweglichen Elementes. Bei jedem einlaufenden Nuten der Nutenpaare 74 und 76 durch die Bohrun- Impuls verdreht sich die Eingangswelle 22 des Schrittgen 56 bzw. 64 verbunden. Dadurch erzeugt jede 25 motors präzise um einen bestimmten Winkel. Dies durch den Druck in der Nut 66 entstehende Kraft führt zu einer gleich großen Verdrehung der Mutter eine gleiche, aber entgegengesetzte Kraft in dem 26 und zu ^iner proportionalen axialen Verschiebung ersten Nutenpaar 74. Ähnlich wird jede in der Nut 68 der Schraube 36 und des Steuerschiebers 50. Wenn erzeugte radiale Kraft durch die in dem zweiten der Eingangsmotor 20, von der linken Seite der Zeich-Nutenpaar 76 erzeugten Kräfte aufgehoben. 30 nung gesehen, entgegen dem Uhrzeigersinn verdreht

Der Steuerschieber 50 ist vollständig von einer wird, werden die Schraube 36 und der Steuerschieber

koaxial montierten stationären buchse JZ umgeben. 5ü nach rechts verschoben. Diese Verschiebung des

Wie in F i g. I gezeigt, enthält die Büchse verschie- Steuerschiebers 50 gibt ein erstes und zweites Paar

dene Paare von gegenüberliegenden Öffnungen, die öffnungen an den Punkten 96 und 98 zwischen den

durch die radialen Öffnungen 82 gebildet werden. 35 inneren öffnungen 82 der Muffe 32 und den ent-

Jedes Öffnungspaar befindet sich in der Nähe einer sprechenden Bünden 83 des Steuerschiebers 50 frei,

entsprechenden ringförmigen Nut 84 im Ventil- Die Flüssigkeit gelangt durch die öffnung 100 in den

gehäuse 86. Die öffnungen 82 und die Bünde 83 des Motor, d. h., sie passiert eine ringförmige Nut 84 und

Steuerschiebers 50 ermöglichen die erste Ventilfunk- fließt durch ein erstes Paar von öffnungen am Punkt

tion infolge der axialen Verschiebung des Steuer- 40 96 in die Ringnut 54. Die axial verlaufende Bohrung

Schiebers 50. An der anderen Seite der Büchse 32 56 leitet die Flüssigkeit zur Nut 66 (Fig. 2), die die

sind radiale Bohrungen 88 vorgesehen (s. F i g. 2), Flüssigkeit durch die radialen Bohrungen der Büchse

die kreisförmig angeordnet sind und die die Schieber- 32 und des Ventilgehäuses 86 in die entsprechenden

öffnungen vervollständigen. Zylinder leitet. Der Druck der Flüssigkeit drückt

Jede radiale Bohrung 88 ist so angeordnet, daß sie 45 einen dem Kolben 102 nach Fig. 1 identischen einen entsprechenden Zylinder des Motors beauf- Kolben gegen die Kolbendruckplatte 104. Die Druckschlagt. Sie ist mit diesem durch einen geraden, radial platte 104 überträgt diese Kraft über das Drucklager verlaufenden Kanal im Ventilgehäuse 86 verbunden. 106 auf die Taumelscheibe der Ausgangswelle 92 des In der Anordnung nach F i g. 1 ist ein hydraulischer hydraulischen Motors. Dadurch dreht sich die , »us-Axialkolbenmotor 90 koaxial an einem Ende des 50 gangswelle 92 in der gleichen Richtung wie der EinSteuerschiebers und der Büchse angeordnet. Die Aus- gangsmotor. Durch die Drehung der Ausgangswelle gangswelle 92 des Axialkolbenmotors 90 ist mit einem 92 werden die anderen Kolben durch die Kolben-Ende des Steuerschiebers 50 über eine Kupplung 94 druckplatte 104 in ihre öffnungen zurückgedrückt, verbunden. Die Kupplung 94 erlaubt eine axiale Ver- Dadurch wird Flüssigkeit durch ihre entsprechenden Schiebung des Steuerschiebers 50 in bezug auf die 55 radial verlaufenden Bohrungen 88 in der Nut 68 ver-Ausgangswelle 92. Die Winkelstellung zwischen bei- drängt. Die Flüssigkeit passiert die axiale Bohrung den Teilen bleibt jedoch erhalten. Jede Rotation der 64, die Ringnut 62 und tritt durch das zweite Öff-Ausgangswelle 92 wird nämlich auf den Ste-Jcrsehie- nungspaar am Punkt 98 nach außen. Sie wird dann ber 50 übertragen und bildet die Antriebskraft für ihn. durch eine ringförmige Nut 84 abgesaugt und fließt

In F i g. 2 ist dieser Vorgang verdeutlicht. Unter 60 durch eine Öffnung 108 zurück zum Flüssigkeitsder Annahme, daß die Bohrung 56 Flüssigkeit unter behälter. Ein Ende der Ausgangswelle 92 ist mit dem Druck liefert, bewirkt diese eine Drehung der Aus- Steuerschieber 50 verbunden. Wenn die Ausgangsgangswelle 92 und des Steuerschiebers 50 entgegen welle 92 und der Steuerschieber 50 rotieren, rotiert dem Uhrzeigersinn. Mit Drehung des Steuerschiebers auch die Schraube 36. Unter der Annahme, daß der 50 liefert die Nut 66 nacheinander unter Druck 65 Eingangsmotor 20 die Mutter 26 mit einer konstehende Flüssigkeit an verschiedene Zylinder des stanten Winkelgeschwindigkeit beaufschlagt, v/ird die Motors. Die Nut 68 nimmt die riicklaufende Flüssig- Schraube 36 durch die Rückkopplung von der Auskeit der anderen Zylinder auf. Wie in anderen hy- gangswelle mit der gleichen Winkelgeschwindigkeit

3056

bewegt, und die Schraube 36 nimmt eine, in axialer Richtung gesehen, konstante Position in bezug auf die Mutter 26 ein. Wenn nun die vom Eingangsmotor 20 stammende Eingangsgröße kleiner wird, wird sich der hydraulische Axialkolbenmotor weiterdrehen und

wirkt über den Steuerschieber SO auf die Schraube 36. Die Drehung der Schraube 36 in der Mutter 26 versetzt die Schraube 36 und den Steuerschieber 50 in ihre ursprünglichen Positionen zurück, wo sie die öffnungen an den Punkten 96 und 98 verschließen.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

309 514/239

3056

Claims

Patentansprüche:

1. Hydraulischer Drehmomentfolgeverstärker, bestehend aus einem Eingangsmotor und einem Ausgangsstellmotor, einen über eine Schrauben-Mutterverbindung durch Eiingangsmotor und Ausgangsstellmotor axial verschiebbaren Steuerschieber sowie Druckmittelzu- und -abfuhr und Druckmittelverbindung zwischen Steuerschieber und Ausgangsstellmotor, dadurch gekennzeichnet, daß der Ausgangsstellmotor als an sich bekannter Axialkolbenmotor (90) ausgebildet ist und die Dnickmittelverbindung zwischen Steuerschieber (50) und Ausgangsstellmotor über im Steuerschieber (50) vorgesehene Ringnuten (54, 62), mit diesen in Verbindung stehende, achsparallel im Steuerschieber angeordnete Bohrungen (56, 64) und mit den letzteren über Kanäle (70, 72) in Verbindung stehende bogenförmige Nuten (66, 68) im Steuerschieber sowie in einer den Steuerschieber koaxial umgebenden, stationären Büchse (32) angeordnete Öffnungen (88) herstellbar ist.

2. Hydraulischer Drehmomentfolgeverstärker nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Schrauben-Muiterverbiiidung zwischen Eingangsmotor und Steuerschieber angeordnet ist und ein mit Schützen (44) versehener Teil (42) des Muttergevindes durch eine Hutmutter (46) in spielfreier Berührung mit der Schraube (36) steht.